CZ2022370A3 - Způsob výroby nanovlákenné příze střídavým elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru a zařízení k provádění způsobu - Google Patents

Abstract

Při výrobě nanovlákenné příze střídavým elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru se nanovlákna (5) vytvářejí ve zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) na zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13), od které jsou unášena ve směru gradientu elektrických polí. Do zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) se zvlákňovací elektrodou (1, 11, 12, 13) dopravuje polymerní roztok (21) nebo tavenina polymeru a podrobuje se působení elektrického pole o nadkritické intenzitě (E), kdy se vytvářejí nanovlákna (5) pohybující se od zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) a ukládající se na sběrnou oblast (40, 410, 420) pohybujícího se elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42), kde vytvářejí načechraný pás (51) nanovláken, který se přemísťuje do snímací oblasti (401, 4101, 4201), v níž se s povrchu elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) snímá tahovou silou navíjecího zařízení (7), nebo odváděcího zařízení, a následně se navíjí. Dále se vynález týká zařízení k provádění tohoto způsobu.

Description

Způsob výroby nanovlákenné příze střídavým elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru a zařízení k provádění způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby nanovlákenné příze střídavým (AC) elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, u něhož se nanovlákna vytvářejí z polymemího roztoku nebo taveniny polymeru ve zvlákňovací oblasti vytvořené na zvlákňovací elektrodě a působením elektrického větru jsou od ní unášena ve směru gradientu vytvářených elektrických polí.

Dále se vynález týká zařízení k výrobě nanovlákenné příze střídavým (AC) elektrickým napětím, u něhož je zvlákňovací elektroda alespoň svojí částí ponořena do polymemího roztoku nebo taveniny polymeru v zásobníku a propojena se zdrojem střídavého elektrického napětí k vytváření elektrického pole o nadkritické intenzitě pro vytváření nanovláken ve zvlákňovací oblasti zvlákňovací elektrody, přičemž vytvářená nanovlákna jsou od zvlákňovací elektrody unášena ve směru gradientu vytvářených elektrických polí.

Dosavadní stav techniky

Při přípravě nanovlákenných přízí jsou orientovaná nanovlákna základem pro konstrukci nanovlákenných přízí. V současné době byla v oblasti stejnosměrného elektrostatického zvlákňování (DC elektrospinning) vytvořena řada metod pro získání podélně orientovaných svazků vláken, které lze přičíst dvěma hlavním aspektům: a to získání uspořádaných nanovláken zdokonalením sběrného zařízení nebo ovlivněním elektrického pole prostřednictvím pomocných elektrod.

CN 111118677 popisuje výrobu nanovlákenné příze elektrostatickým (DC) zvlákňováním. Zařízení obsahuje válcový kolektor, který se skládá z dutiny a hrdla otočného kolem své osy, přičemž průměr horního otvoru hrdla je menší než průměr spodního otvoru dutiny. Uvnitř spodního otvoru dutiny je uložena elektrostatická (DC) rotační zvlákňovací elektroda připojená ke zdroji stejnosměrného vysokého napětí, do které je přiváděn zvlákňovaný roztok. V horní části dutiny kolektoru jsou do jeho vnitřního prostoru vyústěny přívody tlakového vzduchu a nad nimi je uspořádána protielektroda, která může být uzemněna nebo připojena ke zdroji stejnosměrného napětí o opačné polaritě než rotační zvlákňovací elektroda.

Nanovlákna vytvářená na rotační zvlákňovací elektrodě jsou unášena působením elektrostatického pole k protielektrodě a působením proudu vzduchu jsou unášena nahoru do hrdla válcového kolektoru, které se otáčí a v důsledku jeho otáčení a přiváděného proudu vzduchu vzniká vzduchový vír, který zkrucuje nanovlákna do příze, která je dále odváděna a navíjena na cívku.

Nanovlákna jsou zkrucována hned po svém vzniku v důsledku rotace zvlákňovací elektrody a následného působení vzduchového víru, takže nedochází před jejich zkroucením k jejich paralelizaci, zkrucování probíhá nerovnoměrně a v důsledku toho je proměnná pevnost i vzhled.

CN111286792 popisuje horizontální uspořádání elektrostatického (DC) zvlákňovacího zařízení obsahujícího rotující tryskovou zvlákňovací elektrodu a proti ní souose uspořádanou sběrnou elektrodu tvořenou dutým válcem, přičemž mezi zvlákňovací a sběrnou elektrodou je stejnosměrné elektrické pole. Kolem rotující tryskové zvlákňovací elektrody jsou uspořádány alespoň dvě vzduchové trysky směřující k ose sběrné elektrody. Nanovlákna vytvářená rotující tryskovou zvlákňovací elektrodou jsou v důsledku elektrického větru unášena k dutému válci tvořícímu sběrnou elektrodu, přičemž jsou v důsledku rotace tryskové zvlákňovací elektrody a proudů vzduchu z trysek stočena do příze, která je po průchodu dutinou sběrné elektrody odtahována a navíjena na cívku.

- 1 CZ 2022 - 370 A3

I u tohoto řešení je snahou nanovlákna co nejdříve po jejich vzniku zkroutit bez dosažení jejich paralelizace.

Nevýhodou (DC) elektrostatické výroby nanovlákenné příze je v obou případech malá soudržnost příze, nepravidelnost zákrutů a špatná orientace nanovláken.

V současné době je dále, například z CN110644080, znám způsob kontinuální přípravy nanovlákenných přízí, u něhož se nanovlákna vytvářejí z polymerního roztoku v tryskové hlavě, z níž jsou nanovlákna odtahována působením vysokorychlostního proudu vzduchu vytvářeného ve Venturiho trubici a trychtýřovitou sběrnou trubicí vstupují do Venturiho sběrného systému, kde jsou napřímena a orientována do orientovaných svazků nanovláken pomocí nasávání svazku nanovláken pomocí Venturiho efektu. Orientované svazky nanovláken se následně kroutí a aglomerují působením zákrutového zařízení do nanovlákenné příze, která se v dalším kroku navíjí na cívku. Zákrutové zařízení obsahuje vzduchové trysky pro přivádění proudů vzduchu v tangenciálním směru k zakrucované přízi.

Z hlediska následného zpracování a použití nanovlákenných přízí nestačí pro splnění současných požadavků na jejich přípravu pouze získat orientovaná vlákna, ale je třeba umět orientovaná vlákna nebo svazky vláken získávat s dostatečnou lineární hmotností kontinuálně a rovnoměrně na ně aplikovat určitý stupeň zákrutu. Pro optimalizaci pevnosti nanovlákenné příze je výhodné, když jsou nanovlákna v nanovlákenném svazku již způsobem jejich tvorby orientována podélně, tedy jsou orientována souhlasně s osou svazku. Stávající technologie (DC) elektrostatického zvlákňování pro kontinuální výrobu nanovlákenných přízí mají nízkou výtěžnost a nízkou kvalitu vyráběné nanovlákenné příze. Proto zatím se (DC) elektrostatickým zvlákňováním vyrábějí příze jádrové.

Například CZ PV 2007-179 popisuje lineární vlákenný útvar obsahující polymerní nanovlákna, která vytvářejí plášť na povrchu jádra tvořeného nosným lineárním vlákenným útvarem, přičemž alespoň některá nanovlákna jsou zachycena mezi vlákny povrchové části tohoto jádra. Nanovlákna se vyrábějí (DC) elektrostatickým zvlákňováním (tj. pomocí stejnosměrných zdrojů vysokého elektrického napětí), přičemž zvlákňovacím prostorem mezi zvlákňovací elektrodou a sběrnou elektrodou se vede nosný lineární útvar, jemuž se mimo zvlákňovací prostor uděluje nepravý zákrut. Proto nosný lineární útvar ve zvlákňovacím prostoru rotuje kolem své osy a na jeho povrchu se ukládají jednotlivá nanovlákna unášená zvlákňovacím prostorem ke sběrné elektrodě. Ne všechna nanovlákna se zachytí na nosném lineárním útvaru, ale část jich proletí mimo a zachytí se až na sběrné elektrodě. Tento problém se nepodařilo odstranit ani provedením, v němž je sběrná elektroda tvořena vodivým nosným lineárním útvarem. I u tohoto provedení velká část nanovláken proletí kolem lineárního nosného útvaru a zachycuje se na stěnách zvlákňovacího prostoru.

Přestože jsou nanovlákna zachycena mezi vlákny povrchové části jádra, dochází při jejich odvíjení k odtrhávání nanovlákenného pláště od jádra v důsledku sil působících mezi povrchy sousedních vláken v návinu, které jsou větší nežli soudržná síla mezi pláštěm nanovláken a jádrem.

Výše uvedené problémy se podařilo částečně vyřešit podle CZ PV 2009-797, u něhož jsou nanovlákna k jádru fixována ovinem alespoň jednou krycí nití. Ovin krycí nití zajišťuje pro většinu možných aplikací dostatečně pevné a odolné uložení nanovláken na jádru a současně umožňuje plné využití specifických vlastností nanovláken, neboť nebrání v přístupu k nim. Vlastní vlákenný útvar se vyrábí několikanásobným průchodem nosného lineárního útvaru zvlákňovacím prostorem, při němž je nosný lineární útvar mimo zvlákňovací prostor vracen přes část obvodu alespoň jednoho válce, na který nabíhá šikmo, takže po vrácení se nosný lineární útvar obrátí ke zvlákňovací elektrodě opačnou stranou. U tohoto provedení nedochází k nepravému zákrutu, takže při průchodu zvlákňovacím prostorem nosný lineární útvar nerotuje kolem své osy, takže nanovlákna se ukládají při každém průchodu na tu stranu nosného lineárního útvaru, která je přivrácená ke zvlákňovací elektrodě. Vzhledem k několikanásobnému průchodu nosného

- 2 CZ 2022 - 370 A3 lineárního útvaru zvlákňovacím prostorem, uloží se na něm větší množství nanovláken, než u předchozího řešení, přesto však část nanovláken proletí až ke sběrné elektrodě. Nanovlákna se na povrch nosného lineárního útvaru ukládají neuspořádaně jako samostatná nanovlákna do vrstev a jejich soudržnost s povrchem jádra je malá. Upevnění nanovláken na povrchu nosného lineárního útvaru se dosáhne následným ovinutím alespoň jednou krycí nití.

Z EP2931951 B1 je známý způsob pro výrobu polymerních nanovláken, při kterém se polymerní nanovlákna vytváří silovým působením elektrického pole na roztok nebo taveninu polymeru, který se nachází na povrchu zvlákňovací elektrody, přičemž elektrické pole pro zvlákňování se střídavě vytváří mezi zvlákňovací elektrodou, na kterou se přivádí střídavé (AC) napětí, a ionty vzduchu a/nebo plynu vytvořenými a/nebo přivedenými do jejího okolí, bez sběrné elektrody, přičemž se dle fáze střídavého (AC) napětí na zvlákňovací elektrodě vytváří polymerní nanovlákna s opačným elektrickým nábojem a/nebo s úseky s opačným elektrickým nábojem, která se po svém vzniku v důsledku působení elektrostatických sil shlukují do lineárního útvaru ve formě kabílku nebo pruhu, který se volně pohybuje v prostoru ve směru gradientu elektrických polí směrem od zvlákňovací elektrody.

Zvlákňování metodou střídavého (AC) vysokého elektrického napětí představuje další cestu výroby nanovláken, alternativní k elektrostatickému zvlákňování. Dosud však není jeho výtěžnost na takové úrovni, aby se touto metodou dala vyrábět čistě nanovlákenná příze. Proto byl podle EP3303666 navržen způsob výroby jádrové příze s pláštěm z polymerních nanovláken obalujícím nosný lineární útvar tvořící jádro při jeho průchodu zvlákňovací komorou, v níž je pod nosným lineárním útvarem uspořádána zvlákňovací elektroda připojená k přívodu polymerního roztoku a napájená střídavým (AC) vysokým napětím, na jejímž čele se ve zvlákňovacím prostoru v nejbližším okolí čela zvlákňovací elektrody a nad ní vytváří nanovlákna, přičemž nosný lineární útvar rotuje ve zvlákňovacím prostoru kolem vlastní osy. Nanovlákna se vytvářejí po obvodu čela zvlákňovací elektrody a ve zvlákňovacím prostoru se formují do duté elektricky neutrální nanovlákenné vlečky, v níž jsou nanovlákna uspořádána do nepravidelné mřížkové struktury, ve které nanovlákna v krátkých úsecích mění svůj směr, přičemž dutá elektricky neutrální nanovlákenná vlečka se účinkem elektrického větru unáší směrem k nosnému lineárnímu útvaru a mění se na plochý pás, který se přivádí k obvodu nosného lineárního útvaru, přičemž pás vytvořený z duté elektricky neutrální nanovlákenné vlečky ovíjí rotující a/nebo balonující nosný lineární útvar ve tvaru šroubovice a vytváří na něm plášť nanovláken, v němž jsou nanovlákna uspořádána do nepravidelné mřížkové struktury, ve které jednotlivá nanovlákna v krátkých úsecích mění svůj směr.

Nanovlákenná vlečka představuje ideální materiál pro plášť jádrové příze, protože vzhledem ke své elektrické neutralitě a nepravidelné mřížkové struktuře, ve které jednotlivá nanovlákna v krátkých úsecích mění svůj směr, je schopna vytvořit pevný plášť obalující jádro příze a netečný ke svému okolí při navinutí a cívku a následném odvíjení při zpracování. Pokud by se však měla z nanovlákenné vlečky vyrábět čistě nanovlákenná příze, byl by problém jednak s nedostatečným množstvím nanovláken a dále s mřížkovou strukturou vlečky, která nedovoluje paralelizaci nanovláken.

V současnosti neexistuje uspokojivý způsob výroby nanovlákenné příze s potenciálem pro uplatnění v průmyslu. Současným způsobům přípravy nanovlákenné příze brání v uplatnění nízká produktivita, spolehlivost a omezený výběr materiálů. Jejich výroba je realizována v rámci výzkumných prací pouze v laboratorním měřítku.

Viz například Zhou B. a kol. Developments in Electrospinning of Nanofiber Yarns, Journal of Physics: Conference Series 1790 (2021) 012081 doi:10.1088/1742-6596/1790/1/012081).

Cílem vynálezu navrhnout způsob výroby nanovlákenné příze střídavým (AC) elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, při němž by se nanovlákna vyráběla v dostatečném množství, před zakroucením se částečně paralelizovala a po zakroucení měla dostatečnou pevnost

- 3 CZ 2022 - 370 A3 umožňující navinutí na cívku a následné užití nebo zpracování do textilních útvarů známými textilními technologiemi.

Současně je cílem vynálezu vytvořit zařízení k provádění takového způsobu.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem výroby nanovlákenné příze střídavým (AC) elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, jehož podstata spočívá v tom, že do zvlákňovací oblasti se dopravuje polymerní roztok nebo tavenina polymeru a podrobuje se působení elektrického pole o nadkritické intenzitě, při níž se vytvářejí nanovlákna, která se od zvlákňovací oblasti pohybují a ukládají se na sběrnou oblast pohybujícího se elektricky neutrálního kolektoru, na níž vytvářejí načechraný pás nanovláken, který se pohybem elektricky neutrálního kolektoru přemísťuje do snímací oblasti, v níž se s povrchu elektricky neutrálního kolektoru snímá tahovou silou a následně se navíjí na cívku navíjecího zařízení, přičemž načechranému pásu nanovláken se uděluje zákrut buď před jeho navinutím na cívku, nebo následně, čímž se vytvoří nanovlákenná příze.

Ve výhodném provedení se načechraný pás nanovláken během přemísťování do snímací oblasti na povrchu elektricky neutrálního kolektoru zaobluje, čímž se docílí jeho zúžení, takže se snadněji formuje při zužování do zákrutového trojúhelníka při udělování zákrutu bez nebezpečí poškozování krajích nanovláken načechraného pásu.

Tahová síla pro snímání načechraného pásu nanovláken se vytváří navíjecím zařízením, nebo odtahovým zařízením uspořádaným mezi snímací oblastí a navíjecím zařízením. Tím se oddělí technologická tahová síla od navíjecí síly, takže lze pro navíjení volit vhodnou tahovou sílu s ohledem na stavbu cívky.

Před navíjením nebo před odtahem se na načechraný pás nanovláken působí zákrutovým zařízením, které načechraný pás nanovláken zužuje do zákrutového trojúhelníka a následně mu uděluje zákrut, čímž se vytváří nanovlákenná příze.

Významným znakem způsobu je, že zákrut se načechranému pásu nanovláken uděluje mezi dvěma svěrnými místy, kterými jsou snímací oblast elektricky neutrálního kolektoru a místo navíjení nebo odtahu nanovlákenné příze na cívku, přičemž v navíjené nanovlákenné přízi se po opuštění zákrutového zařízení zachovává zbytkové množství zákrutů udělených zákrutovým ústrojím načechranému pásu nanovláken.

Významným znakem způsobu podle vynálezu je rovněž to, že zvlákňovací oblast zvlákňovací elektrody se vytvoří na obvodu diskové zvlákňovací elektrody, nebo v místě ohybu zvlákňovacího pásu pásové zvlákňovací elektrody (12), kde je zvlákňovací oblast uspořádána příčně ke směru pohybu zvlákňovacího pásu, nebo na lineární flexibilním útvaru lineární zvlákňovací elektrody.

K provádění způsobu je vytvořeno zařízení k výrobě nanovlákenné příze střídavým (AC) elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, jehož podstata spočívá v tom, že nad zvlákňovací elektrodou je v dráze nanovláken uspořádán elektricky neutrální kolektor spřažený s pohonem, přičemž oblast povrchu elektricky neutrálního kolektoru proti zvlákňovací elektrodě tvoří sběrnou oblast, na kterou jsou nanovlákna ukládána ve formě načechraného pásu nanovláken, který je pohybem elektricky neutrálního kolektoru přemísťován do snímací oblasti načechraného pásu nanovláken, za níž je ve směru snímání načechraného pásu nanovláken uspořádáno navíjecí zařízení sloužící k vytváření tahové síly ke snímání načechraného pásu nanovláken s povrchu elektricky neutrálního kolektoru. Tahovou sílu lze vytvořit rovněž odtahovým zařízením, které se nachází mezi snímací oblastí a navíjecím zařízením. Tím je možné oddělit technologickou tahovou

- 4 CZ 2022 - 370 A3 sílu, tedy napětí vázané na balonování příze a sílu při snímání, a navíjecí tahovou sílu, tedy navíjecí napětí. Můžeme pak zvolit vhodnou tahovou sílu při navíjení s ohledem na stavbu cívky.

Ve výhodném provedení je ve směru snímání načechraného pásu nanovláken před navíjecím zařízením nebo před odtahovým zařízením uspořádáno zákrutové zařízení, takže do navíjecího zařízení je přiváděna nanovlákenná příze.

Zvlákňovací elektroda může být tvořena diskovou zvlákňovací elektrodou, pásovou zvlákňovací elektrodou, nebo lineární zvlákňovací elektrodou, případně jiným typem zvlákňovací elektrody.

Elektricky neutrální kolektor může být tvořen bubnovým elektricky neutrálním kolektorem, nebo pásovým elektricky neutrálním kolektorem.

Pokud je elektricky neutrální kolektor tvořen bubnovým elektricky neutrálním kolektorem, je na něm ve výhodném provedení vytvořena proti zvlákňovací elektrodě sběrná oblast nanovláken a v oblasti povrchu bubnového kolektoru odvrácené od zvlákňovací elektrody je vytvořena snímací oblast bubnového kolektoru pro snímání načechraného pásu nanovláken.

U tohoto provedení je výhodné, jsou-li mezi sběrnou oblastí a snímací oblastí bubnového elektricky neutrálního kolektoru načechranému pásu nanovláken přiřazeny zaoblovací prostředky, které zmenší jeho šířku/tloušťku a zjednoduší tak jeho zakrucování a/nebo navíjení.

Pokud je elektricky neutrální kolektor tvořen pásovým kolektorem, obsahuje tento kolektor nekonečný transportní pás obepínající dva horní válce a dva dolní válce, z nichž alespoň jeden je hnací. Dolní větev nekonečného transportního pásu tvoří sběrnou oblast nanovláken, která se na ní ukládají do načechraného pásu nanovláken.

Načechraný pás nanovláken je v jednom výhodném provedení pohybem nekonečného transportního pásu přiváděn do horní větve nekonečného transportního pásu, jejíž konec ve směru pohybu nekonečného transportního pásu tvoří snímací oblast pro snímání načechraného pásu nanovláken z elektricky neutrálního pásového kolektoru. Toto provedení umožňuje přiřadit na horní větvi nekonečného transportního pásu načechranému pásu nanovláken zaoblovací prostředky, které zúží načechraný pás nanovláken a zlepší jeho vlastnosti pro snímání a následné zakrucování.

V dalším výhodném provedení je ve směru pohybu nekonečného transportního pásu na konci jeho dolní větve je vytvořena snímací oblast pro snímání načechraného pásu nanovláken z elektricky neutrálního pásového kolektoru, která navazuje na sběrnou oblast tvořenou dolní větví nekonečného transportního pásu, na níž jsou nanovlákna ukládána ve formě načechraného pásu.

Objasnění výkresů

Zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněno na přiložených výkresech, kde značí Obr. 1 zařízení s otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou a bubnovým elektricky neutrálním kolektorem v pohledu zboku, Obr. 2 zařízení podle Obr. 1 v čelním pohledu, Obr. 3 zařízení podle Obr. 1 v pohledu shora, Obr. 4 rozložení intenzity elektrického pole na obvodu diskové elektrody, Obr. 5 zařízení s otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou a pásovým elektricky neutrálním kolektorem v pohledu zboku, Obr. 6 zařízení podle Obr. 5 v čelním pohledu, Obr. 7 zařízení podle Obr. 5 v pohledu shora, Obr. 8a zařízení s pásovou zvlákňovací elektrodou a pásovým elektricky neutrálním kolektorem se snímací oblastí načechraného pásu nanovláken v horní větvi kolektoru v pohledu zboku, Obr. 8b zařízení podle Obr. 8a v čelním pohledu, Obr. 8c zařízení s pásovou zvlákňovací elektrodou a pásovým elektricky neutrální kolektorem se snímací oblastí načechraného pásu nanovláken v dolní větvi kolektoru v pohledu zboku, Obr. 8d zařízení podle Obr. 8c v čelním pohledu, Obr. 9a zařízení s lineární zvlákňovací elektrodou a pásovým elektricky neutrálním

- 5 CZ 2022 - 370 A3 kolektorem se snímací oblastí načechraného pásu nanovláken v horní větvi kolektoru v pohledu zboku, Obr. 9b zařízení podle Obr. 9a v čelním pohledu, Obr. 9c zařízení s lineární zvlákňovací elektrodou a pásovým elektricky neutrální kolektorem se snímací oblastí načechraného pásu nanovláken v dolní větvi kolektoru v pohledu zboku, Obr. 9d zařízení podle Obr. 9c v čelním pohledu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Zařízení k výrobě nanovlákenné příze střídavým (AC) elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru obsahuje zvlákňovací elektrodu 1, která je v provedení podle Obr. 1 až 7 tvořena otočnou diskovou zvlákňovací elektrodu 11 uloženou dolní částí svého obvodu v zásobníku 2 polymerního roztoku 21 nebo taveniny, a spřaženou se známým neznázorněným pohonem. Vzhledem k tomu, že zvlákňování taveniny polymeru probíhá stejně jako zvlákňování polymerního roztoku 21, bude v dalším popisováno pouze zvlákňování polymerního roztoku 21. Polymerní roztok 21 je obvykle tvořen roztokem PVB, PCL, PVA, případně dalšími zvláknitelnými polymerními roztoky. Zvlákňovací elektroda 1 a zásobník 2 polymerního roztoku jsou uloženy ve zvlákňovací komoře 3.

Zvlákňovací elektroda 1 je připojena k neznázorněnému zdroji střídavého (AC) vysokého napětí, například s efektivní hodnotou napětí 32 kV a frekvenci 50 Hz. Ke zdroji střídavého (AC) elektrického napětí může být připojen i zvlákňovaný polymerní roztok, jehož pomocí je zvlákňovací elektroda 1 se zdrojem střídavého elektrického napětí propojena. Zvlákňovací elektroda 1 je podle prvního příkladného provedení tvořena otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou 11 s vodorovnou osou otáčení, která je dolní částí svého obvodu uložena v polymerním roztoku 21, který je v zásobníku 2. Otočná disková zvlákňovací elektroda 11 je spřažena se známým neznázorněným rotačním pohonem, takže při svém otáčení vynáší na obvodové části svého povrchu polymerní roztok 21, jehož množství je obvykle upravováno známým neznázorněným stíracím zařízením. V okolí horní části obvodu diskové zvlákňovací elektrody 11 a nad ní se ve zvlákňovací komoře 3 nachází zvlákňovací prostor 31. Nad zvlákňovací elektrodou 1 je ve zvlákňovací komoře 3 otočně uložen elektricky neutrální kolektor 4 spřažený se známým neznázorněným pohonem. Horní část diskové zvlákňovací elektrody 11 představuje zvlákňovací oblast 110, v níž se vytvářejí nanovlákna 5, která jsou zvlákňovacím prostorem 31 unášena k povrchu elektricky neutrálního kolektoru 4, který je pokryt vhodným potahem, například plošnou textilií vyrobenou z materiálu, který dovoluje snadné snímání nanovláken s povrchu elektricky neutrálního kolektoru 4.

Kolektor 4 je v provedení podle Obr. 1 až 3 tvořen elektricky neutrálním bubnovým kolektorem 41. Osa elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 je rovnoběžná s osou diskové zvlákňovací elektrody 11. Oblast povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 proti diskové zvlákňovací elektrodě 11 tvoří sběrnou oblast 410 nanovláken, na kterou jsou nanovlákna 5 ukládána ve formě načechraného pásu 51 nanovláken. Oblast povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 odvrácená od diskové zvlákňovací elektrody 11 tvoří snímací oblast 4101 načechraného pásu 51 nanovláken.

Mimo zvlákňovací prostor 31 je v tečném směru k obvodu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 a ve směru toku snímaných nanovláken 5 uspořádáno zákrutové zařízení 6, které je tvořeno například rotujícím vodicím očkem umístěným mimo osu rotace zákrutového zřízení 6, nebo jiným známým zákrutovým zařízením. Za zákrutovým zařízením 6 je ve směru toku snímaných nanovláken 5 a ve směru odvádění příze 54 uspořádáno navíjecí zařízení 7 s cívkou 71. U neznázorněného příkladu provedení je mezi snímací oblastí 4101 a navíjecím zařízením 7 uspořádáno odtahové zařízení, sloužící k vytváření tahové síly pro snímání načechraného pásu 51 nanovláken s povrchu elektricky neutrálního kolektoru.

- 6 CZ 2022 - 370 A3

Efektivní hodnota napětí, například 32 kV, průběh vlnové funkce napětí, například sinusový, pilový, skokový, ani frekvence, například 50 Hz, nejsou omezující a lze použít i jiné vhodné hodnoty ve značně širokém rozsahu.

Při otáčení vynáší disková zvlákňovací elektroda 11 na svém obvodu a části čel v blízkosti svého obvodu polymerní roztok 21 ze zásobníku 2. Při zvlákňování ve střídavém elektrickém poli je snahou vyrobit za jednotku času co největší množství nanovláken 5, která vznikají po celé zvlákňovací oblasti 110 diskové zvlákňovací elektrody 11 a jsou od diskové zvlákňovací elektrody 11 unášena elektrickým větrem ve směru gradientu vytvářených elektrických polí, popřípadě i pomocnými vzduchovými proudy, k elektricky neutrálnímu bubnovému kolektoru 41, který není ani uzemněn, ani připojen ke zdroji elektrického napětí. K zahájení vytváření nanovláken 5 dochází při kritické hodnotě intenzity E elektrického pole, která je rozdílná podle druhu zvlákňovaného polymerního roztoku 21, hodnoty napětí, průběhu vlnové funkce, frekvence střídavého (AC) napětí, kvality plynu ve zvlákňovací komoře 3 a dalších parametrů. Při nižší hodnotě intenzity E elektrického pole než kritické se nanovlákna 5 nevytvářejí, nebo jejich tvorba ustává.

Kritickou hodnotou E intenzity elektrického pole se pro účely střídavého (AC) elektrického zvlákňování rozumí nejmenší hodnota intenzity E elektrického pole, která pro daný tvar zvlákňovací elektrody, typ polymerního roztoku a hodnotu frekvence a vlnové formy poskytne dostatečné množství nanovláken k dalšímu technologickému zpracování.

Proto se při běžném zvlákňování ve střídavém (AC) elektrickém poli pomocí konkrétní konstrukce zvlákňovací elektrody 1 používá pro zvolenou frekvenci elektrického pole a průběh j eho vlny vyšší intenzita E elektrického pole než kritická, tedy nadkritická, která na zvlákňovací elektrodě 1 vytvoří elektrické pole o vysoké intenzitě E, aby se vyloučilo nebezpečí přerušení zvlákňovacího procesu, zajistilo se dostatečné vypaření rozpouštědla ze vznikajících Taylorových kuželů polymerního roztoku a zajistil se dostatečně silný elektrický vítr, který dopraví vytvářená nanovlákna 5 k elektricky neutrálnímu kolektoru 4.

Rozložení intenzity E elektrického pole pro výše uvedené běžné zvlákňování polymerního roztoku 21 na otočné diskové zvlákňovací elektrodě 11 je znázorněno na Obr. 4 pro průměr disku 300 mm, tloušťku disku 1 mm, tloušťku vrstvy polymerního roztoku 0,2 mm a amplitudu napětí 50 kV. Nadkritická hodnota intenzity E elektrického pole pro polymerní roztok PVB je rovna nebo větší než 3000 MV/m. Z obrázku je zřejmé, že nadkritické hodnoty intenzity E elektrického pole je dosaženo v široké oblasti kolem obvodové části diskové zvlákňovací elektrody 11. Zvlákňování polymerního roztoku 21 tedy probíhá na celé šířce obvodové plochy diskové zvlákňovací elektrody 11 a na části jejích čel v blízkosti jejího obvodu a vytvářená nanovlákna 5 jsou unášena směrem od diskové zvlákňovací elektrody 11 ve směru gradientu vytvářených elektrických polí zvlákňovacím prostorem 31 k povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 do jeho sběrné oblasti 410 a v případě potřeby se účinku elektrického větru pomáhá prouděním vzduchu potřebným směrem. Vzhledem k velikosti oblasti nadkritické intenzity E elektrického pole je zřejmé, že se vyrobí dostatečné množství nanovláken 5 pro jejich další zpracování.

Nanovlákna 5 se ukládají na sběrnou oblast 410 obvodu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 do úzkého načechraného pásu 51 nanovláken a otáčením bubnového kolektoru 41 je tento načechraný pás 51 nanovláken unášen do horní části elektricky neutrálního bubnového kolektoru 4, tedy do snímací oblasti 4101, v níž je snímán. Načechraný pás 51 nanovláken vytvořený střídavým (AC) zvlákňováním představuje trojrozměrnou vrstvu nanovláken 5, která se na povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 ukládají působením elektrického větru a přitažlivých sil mezi opačně polarizovanými částmi nanovláken 5 a při ukládání se částečně paralelizují, přičemž načechraný pás 51 nanovláken představuje lineární útvar nanovláken. Načechraný pás 51 nanovláken lze s povrchu snímací oblasti 4101 elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 snímat v trojrozměrném tvaru a následným odtahováním a zakrucováním z něho vytvářet zákrutový trojúhelník 52 a nanovlákennou přízi 54 obdobným způsobem jako při zpracování pramene vláken trvalým zákrutem na přízi.

- 7 CZ 2022 - 370 A3

Pokud by se na obdobném zařízení vyráběla nanovlákna stejnosměrným (DC) zvlákňováním, představoval by bubnový kolektor sběrnou elektrodu připojenou k opačné polaritě stejnosměrného (DC) napětí než zvlákňovací elektroda a nanovlákna by se na něm ukládala do plochého velmi tenkého pásu, který by se po sejmutí z bubnu a následném zakrucování choval jako pevný plochý útvar a zkroutil by se do spirály tvořené tímto páskem.

Obvodová rychlost elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 se reguluje tak, aby načechraný pás 51 nanovláken, vytvářený na bubnovém kolektoru 41 byl dostatečně mechanicky odolný při jeho snímání s povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 v jeho snímací oblasti 4101 a pro následné udělení zákrutu, nebo pro přímé navíjení na cívku 71 navíjecího zařízení 7.

Z otáčejícího se elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 je načechraný pás 51 nanovláken snímán a veden do zákrutového zařízení 6, přičemž po sejmutí se zužuje do zákrutového trojúhelníka 52, z něhož se působením zákrutového zařízení 6 a momentu síly přenášenému částečně zkroucenými nanovlákny 5 od zákrutového zařízení 6 zužuje a současně zkrucuje do nanovlákenné příze 54. Vzhledem k tomu, že nanovlákna 5 načechraného pásu 51 nanovláken jsou na povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 uložena s určitou přilnavostí, vznikají při jejich uvolňování s povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 ve snímací oblasti 4101 v nanovláknech 5 tahové síly, které jsou nezbytné k jejich paralelizaci před zakrucováním, takže k tvorbě zákrutů, a tím k tvorbě nanovlákenné příze 54, dochází po částečné paralelizaci nanovláken. Navíc dochází při snímání načechraného pásu 51 nanovláken s povrchu elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 v důsledku průtahu mezi dvěma svěrnými místy, kterými jsou povrch bubnového kolektoru 41 a místo navíjení na cívce 71, ke dloužení a částečné paralelizaci nanovláken 5 ve směru jejich toku, což při následném zakrucování usnadňuje uspořádání nanovláken 5 do šroubovice a zajišťuje tak dostatečnou pevnost vyrobené nanovlákenné příze 54.

Při zakrucování se nanovlákna již neparalelizují, ale zkrucují se do šroubovice. Pokud budeme snímat větší rychlostí, než je rychlost kolektoru, pak v okamžiku snímání se nanovlákna budou napřimovat a protahovat/dloužit, ale následně se začnou ihned v zákrutovém trojúhelníku zkrucovat do šroubovice.

Po sejmutí nanovláken 5 ze snímací oblasti 4101 elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 je snímaný načechraný pás 51 nanovláken zformován zákrutovým zařízením 6 do zákrutového trojúhelníka 52 a z něho do nanovlákenné příze 54, přičemž nanovlákenná příze 54 před vstupem do zákrutového zařízení 6 balonuje. Zákrut se ze zákrutového zařízení 6 šíří proti technologickému směru toku nanovláken 5 proti elektricky neutrálnímu bubnovému kolektoru 41, čímž napomáhá snímání načechraného pásu 51 nanovláken ze snímací oblasti 4101 bubnového kolektoru 41.

Zákrutové zařízení 6 uděluje nanovlákenné přízi 54 zákrut mezi dvěma svěrnými místy, kterými jsou snímací oblast a místo navíjení nebo odtahu, takže u přízí z klasických vláken by docházelo k udělování nepravého zákrutu, který by se u přízí z klasických vláken po průchodu zákrutovým zařízením anuloval. To pro zakrucování nanovlákenné příze 54 neplatí, protože v důsledku vysokého měrného povrchu nanovláken 5, vazebním silám mezi jednotlivými nanovlákny 5 a nízkému zkrutnému součiniteli se na nanovlákenné přízi 54 za zákrutovým zařízením 6 zachovává poměrně vysoký stupeň zákrutu jako zbytkové množství zákrutů. Podle provedených experimentů na nanovláknech z různých druhů polymerů je to 10 až 60 % zákrutů, takže se jedná o zákrut trvalý. Při konkrétních zkouškách byl při otáčkách zákrutového ústrojí cca 10000 ot/min zbytkový zákrut kolem 1400 zákrutů na jeden metr délky příze. Následně se nanovlákenná příze 54 známým způsobem navíjí na cívku 71 v navíjecím zařízení 7.

Pro zvýšení pevnosti a stejnoměrnosti vyrobené nanovlákenné příze 54 je výhodné před snímáním načechraného pásu 51 nanovláken z elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 načechraný pás 51 nanovláken na povrchu bubnového kolektoru 41 zaoblovat, čímž se docílí zúžení načechraného pásu 51 nanovláken, zrovnoměrnění sil udržujících nanovlákna 5 na povrchu

- 8 CZ 2022 - 370 A3 elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 a snadnější snímání nanovláken 5 ve snímací oblasti 4101 elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 v celém průřezu načechraného pásu 51 nanovláken a jejich plynulý přechod do zákrutového trojúhelníka 52. Současně se při zaoblování zmenší základna zákrutového trojúhelníka 52, čímž se zmenší tahové síly v okrajových částech načechraného pásu 51 nanovláken, a tedy riziko přetržení načechraného pásu 51 nanovláken při snímání a po sejmutí ze snímací oblasti 4101 elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41. Lineární útvar vytvořený zaoblováním načechraného pásu 51 nanovláken lze použít i pro přímé navíjení na cívku 71 navíjecího zařízení 7 bez zakrucování na zákrutovém zařízení 6.

Dalšího zvýšení pevnosti vyrobené nanovlákenné příze 54 lze dosáhnout například dokrucováním trvalým zákrutem na vhodném neznázorněném zařízení.

Množství vytvářených nanovláken 5, obvodová rychlost elektricky neutrálního bubnového kolektoru 41 a odtahová rychlost načechraného pásu 51 nanovláken určují lineární hmotnost nanovlákenné příze 54, která je rozhodující pro výslednou pevnost nanovlákenné příze 54.

Další alternativní variantou provedení zařízení podle vynálezu je zařízení, u něhož je elektricky neutrální kolektor 4 tvořen pásovým kolektorem 42 uspořádaným ve zvlákňovací komoře 3 nad otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou 11, jak je znázorněno na Obr. 5 až 7. Pásový kolektor 42 obsahuje nekonečný transportní pás 421 (belt) obepínající dva horní válce 422 a dva dolní válce 423, z nichž alespoň jeden válec 422, 423 je hnací. Osy otáčení všech válců 422, 423 pásového kolektoru 42 jsou rovnoběžné s osou otáčení diskové zvlákňovací elektrody 11. Nekonečný transportní pás 421 se v provedení podle Obr. 5-7 pohybuje proti směru hodinových ručiček, přičemž jeho dolní větev 4211 nacházející se mezi dolními válci 423 je uspořádána proti zvlákňovací oblasti 110 otočné diskové zvlákňovací elektrody 11 a nanovlákna 5 vytvářená ve zvlákňovací oblasti 110 otočné diskové zvlákňovací elektrody 11 se na dolní větvi nekonečného transportního pásu 421 ukládají do načechraného pásu 51 (fluffy band) nanovláken. Dolní větev 4211 nekonečného transportního pásu 421 tedy představuje sběrnou oblast 420 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42. Vzhledem ke směru pohybu nekonečného transportního pásu 421 je u tohoto provedení načechraný pás 51 nanovláken dopravován do horní větve 4212 nekonečného transportního pásu 421, jejíž konec tvoří snímací oblast 4201 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, z níž je načechraný pás 51 nanovláken snímán a veden do zákrutového zařízení 6, jímž je mu udělován zákrut. Po sejmutí se načechraný pás 51 nanovláken v důsledku působení zákrutu zužuje do zákrutového trojúhelníka 52 a následně je z něho vytvářena nanovlákenná příze 54, jak je popsáno u předcházející varianty zařízení s elektricky neutrálním bubnovým kolektorem 41. Toto uspořádání dovoluje uložit na elektricky neutrální pásový kolektor 42 větší množství nanovláken 5 a vytvářet tak načechraný pás 51 nanovláken o větší tloušťce a hmotnosti. Kromě toho toto uspořádání poskytuje na horní větvi 4212 nekonečného transportního pásu 421 dostatečné místo pro zaoblování načechraného pásu 51 nanovláken známými neznázorněnými zaoblovacími prostředky. Pokud se bude nekonečný transportní pás 421 pohybovat opačným směrem, vytvoří se snímací oblast 4201 opět na konci horní větve 4212 nekonečného transportního pásu 421, ale podle obrázků to bude na pravé straně.

V alternativním provedení tohoto uspořádání, které není znázorněno, lze změnou směru otáčení hnacího válce z válců 422, 423, kolem nichž je opásán nekonečný transportní pás 421, lze změnit umístění snímací oblasti 4201 načechraného pásu 51 nanovláken, a umísti ji na konec dolní větve 4211 ve směru pohybu nekonečného transportního pásu 421, takže jak ukládání nanovláken 5, vytváření načechraného pásu 51 nanovláken i jejich snímání probíhá na dolní větvi 4211 nekonečného transportního pásu 421 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, přičemž horní větev 4212 je prázdná.

U uspořádání zařízení podle Obr. 5 až 7 lze nahradit otočnou diskovou zvlákňovací elektrodu 11 zvlákňovací elektrodou s přímou zvlákňovací oblastí, která může být tvořena pásovou zvlákňovací elektrodou 12, nebo lineární zvlákňovací elektrodou 13 tvořenou lineárním flexibilním útvarem, které budou popsány níže.

- 9 CZ 2022 - 370 A3

Zařízení s pásovou zvlákňovací elektrodou 12 je znázorněno na Obr. 8a až 8d. Zařízení obsahuje zásobník 2 polymerního roztoku 21, do něhož dolní částí svého obvodu zasahuje převíjecí hřídel 8 spřažený s pohonem 81. Nad převíjecím hřídelem 8 je ve zvlákňovací komoře 3 na rámu zařízení pevně uložen břit 121, například pomocí vzpěr 82. Převíjecí hřídel 8 je společně s břitem 121 opásán zvlákňovacím pásem 122, který vystupuje z polymerního roztoku 21 a nad převíjecím hřídelem 8 se ohýbá přes břit 121. Zvlákňovací pás 122 vynáší polymerní roztok 21 ze zásobníku 2 a ohyb zvlákňovacího pásu 122 tvoří zvlákňovací oblast 120 pásové zvlákňovací elektrody 12, která je připojena ke zdroji střídavého (AC) elektrického napětí. Nad zvlákňovací oblastí 120 pásové zvlákňovací elektrody 12 je alespoň podél celé její šířky uspořádána dolní větev 4211 nekonečného transportního pásu 421 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, jak je znázorněno na Obr. 8b.

Elektricky neutrální pásový kolektor 42 je vytvořen stejně jako u provedení podle Obr. 5 - 7. Pásový kolektor 42 obsahuje nekonečný transportní pás 421 (belt) obepínající dva horní válce 422 a dva dolní válce 423, z nichž alespoň jeden válec 422, 423 je hnací. Osy otáčení všech válců 422, 423 pásového kolektoru 42 jsou kolmé na osu otáčení převíjecího hřídele 8. Nekonečný transportní pás 421 se v provedení podle Obr. 8a, 8b pohybuje proti směru hodinových ručiček, přičemž jeho dolní větev 4211 nacházející se mezi dolními válci 423 je uspořádána proti zvlákňovací oblasti 120 pásové zvlákňovací elektrody 12 a nanovlákna 5 vytvářená ve zvlákňovací oblasti 120 pásové zvlákňovací elektrody 12 se na dolní větvi nekonečného transportního pásu 421 ukládají do načechraného pásu 51 (fluffy band) nanovláken. Dolní větev 4211 nekonečného transportního pásu 421 tedy představuje sběrnou oblast 420 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42. Vzhledem ke směru pohybu nekonečného transportního pásu 421 je u tohoto provedení načechraný pás 51 nanovláken dopravován do horní větve 4212 nekonečného transportního pásu 421, jejíž konec tvoří snímací oblast 4201 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, z níž je načechraný pás 51 nanovláken snímán a veden ve směru šipky do zákrutového zařízení 6, jímž je mu udělován zákrut. Po sejmutí se načechraný pás 51 nanovláken v důsledku působení zákrutu zužuje do zákrutového trojúhelníka 52 a následně je z něho vytvářena nanovlákenná příze 54, jak je popsáno u předcházející varianty zařízení s elektricky neutrálním bubnovým kolektorem 41. Jak bylo již popsáno výše, lze směr pohybu nekonečného transportního pásu obrátit a výše uvedené uspořádání se pouze stranově obrátí.

Alternativní provedení tohoto uspořádání zařízení pro výrobu nanovlákenné příze je znázorněno na Obr. 8c a 8d. U tohoto provedení je změněn směr otáčení hnacího válce z válců 422, 423, kolem nichž je opásán nekonečný transportní pás 421, takže nekonečný transportní pás se pohybuje ve směru hodinových ručiček, jak je znázorněno na Obr. 8d. Ostatní části zařízení i jejich funkce zůstávají stejné jako u provedení podle Obr. 8a a 8b. V důsledku toho probíhá ukládání nanovláken 5, vytváření načechraného pásu 51 nanovláken i jejich snímání na dolní větvi 4211 nekonečného transportního pásu 421 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, přičemž horní větev 4212 je prázdná. Snímací oblast 4201 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, ve které je načechraný pás 51 nanovláken snímán z nekonečného transportního pásu 421, je tedy na konci dolní větve 4211 nekonečného transportního pásu 421. Ze snímací oblasti 4201 je načechraný pás 51 nanovláken odváděn ve směru šipky do zákrutového zařízení a zakrucováním je z něho vytvářena nanovlákenná příze 54, jak bylo popsáno výše. Jak bylo již popsáno výše, lze směr pohybu nekonečného transportního pásu obrátit a výše uvedené uspořádání se pouze stranově obrátí.

U zařízení s lineární zvlákňovací elektrodou 13 je lineární zvlákňovací elektroda 13 tvořena nekonečným lineárním flexibilním útvarem, který je v provedení znázorněném na Obr. 9a až 9d uložen na dvou otočně uložených kladkách 131 spřažených s neznázorněným pohonem. Alespoň jedna z kladek 131 zasahuje částí svého obvodu do zásobníku 2 polymerního roztoku 21. Ve znázorněném provedení má každá kladka 131 svůj zásobník 2 polymerního roztoku 21.

Lineární flexibilní útvar tvořící lineární zvlákňovací elektrodu 13 může být tvořen například strunou, páskem, řemínkem, nebo útvarem s členitějším povrchem složeným z několika vzájemně

- 10 CZ 2022 - 370 A3 spletených nebo propletených částí, jako např. lankem, šňůrou, vícežílovým útvarem, apod. Podobně jako u předcházejících provedení se na lineární zvlákňovací elektrodě 13 vytvoří mezi kladkami 131 zvlákňovací oblast 130 konečné délky, která je některým ze známých způsobů připojena ke zdroji střídavého (AC) elektrického napětí.

Nad zvlákňovací oblastí 130 lineární zvlákňovací elektrody 13 je uspořádán elektricky neutrální pásový kolektor 42, jehož dolní větev 4211 je uspořádána alespoň nad celou délkou zvlákňovací oblasti 130 lineární zvlákňovací elektrody 13, jak je znázorněno na Obr. 9b a 9d. Elektricky neutrální pásový kolektor 42 je vytvořen obdobně jako u předcházejících provedení a obsahuje nekonečný transportní pás 421 obepínající dva horní válce 422 a dva dolní válce 423, z nichž alespoň jeden válec 422, 423 je hnací. Osy otáčení všech válců 422, 423 pásového kolektoru 42 jsou rovnoběžné s osami kladek 131. Nekonečný transportní pás 421 se v provedení podle Obr. 9a, 9b pohybuje proti směru hodinových ručiček, přičemž jeho dolní větev 4211 nacházející se mezi dolními válci 423 je uspořádána proti zvlákňovací oblasti 130 lineární zvlákňovací elektrody a nanovlákna 5 vytvářená ve zvlákňovací oblasti 130 lineární zvlákňovací elektrody 13 se na dolní větvi nekonečného transportního pásu 421 ukládají do načechraného pásu 51nanovláken. Dolní větev 4211 nekonečného transportního pásu 421 tedy představuje sběrnou oblast 420 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42. Vzhledem ke směru pohybu nekonečného transportního pásu 421 je u tohoto provedení načechraný pás 51 nanovláken dopravován do horní větve 4212 nekonečného transportního pásu 421, jejíž konec tvoří snímací oblast 4201 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, z níž je načechraný pás 51 nanovláken snímán a veden ve směru šipky do zákrutového zařízení 6 a zakrucováním je z něho vytvářena nanovlákenná příze. Jak bylo již popsáno výše, lze směr pohybu nekonečného transportního pásu obrátit a výše uvedené uspořádání se pouze stranově obrátí.

Alternativní provedení tohoto uspořádání zařízení pro výrobu nanovlákenné příze je znázorněno na Obr. 9c a 9d. U tohoto provedení je změněn směr pohybu nekonečného transportního pásu 421, takže tento se pohybuje ve směru hodinových ručiček, jak je znázorněno na Obr. 9d. Ostatní části zařízení i jejich funkce zůstávají stejné jako u provedení podle Obr. 9a a 9b. V důsledku toho probíhá ukládání nanovláken 5, vytváření načechraného pásu 51 nanovláken i jejich snímání na dolní větvi 4211 nekonečného transportního pásu 421 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, přičemž horní větev 4212 je prázdná. Snímací oblast 4201 elektricky neutrálního pásového kolektoru 42, je tedy na konci dolní větve 4211 nekonečného transportního pásu 421. Ze snímací oblasti 4201 je načechraný pás 51 nanovláken odváděn ve směru šipky do zákrutového zařízení a zakrucováním je z něho vytvářena nanovlákenná příze. Jak bylo již popsáno výše, lze směr pohybu nekonečného transportního pásu obrátit a výše uvedené uspořádání se pouze stranově obrátí.

U provedení s lineární zvlákňovací elektrodou 13 lze nekonečný lineární flexibilní útvar nahradit lineárním flexibilním útvarem konečné délky, který je navinut na kladkách 131. Obě kladky 131 zasahují u tohoto provedení dolní částí svého obvodu do polymerního roztoku 21. Kladky 131 jsou spřaženy se známým neznázorněným vratným pohonem a otáčejí se střídavě oběma směry, přičemž lineární flexibilní útvar je mezi nimi udržován napnutý.

Průmyslová využitelnost

Příze a nitě tvořené vlákny jsou nejčastěji používanými stavebními prvky v textilním průmyslu pro výrobu různých typů textilií např. tkaniny a pleteniny. Použití 100% nanovlákenných přízí v tradičním způsobu výroby textilií znamená významný potenciál pro výrobu takzvaných nanotextilií, které vykazují vynikající vlastnosti optické, elektrické, mechanické, a biologické díky efektům spojených s jejich mimořádně velkým specifickým povrchem a nízkou flexibilitou (ohybovým modulem).

Nanovlákenné příze naleznou uplatnění jako konstrukční jednotky chirurgických nití, tkáňových nosičů pro reparaci nervů, šlach, kostí a cév. Mají potenciál stát se konstrukčními prvky pro

- 11 CZ 2022 - 370 A3 získávání a ukládání energie (harvesting and storage of energy), pro akční členy mechatronických zařízení (aktuátory), pro senzory a pro filtry.

Claims (21)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby nanovlákenné příze střídavým elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru, u něhož se nanovlákna (5) vytvářejí z polymerního roztoku (21) nebo taveniny polymeru ve zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) vytvořené na zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13) a působením elektrického větru jsou od ní unášena ve směru gradientu vytvářených elektrických polí, vyznačující se tím, že do zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) se pohybem zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13) dopravuje polymerní roztok (21) nebo tavenina polymeru a podrobuje se působení elektrického pole o nadkritické intenzitě (E), při níž se vytvářejí nanovlákna (5), která se od zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) pohybují a ukládají se na sběrnou oblast (40, 410, 420) pohybujícího se elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42), na níž vytvářejí načechraný pás (51) nanovláken, který se pohybem elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) přemísťuje do snímací oblasti (401, 4101, 4201), v níž se s povrchu elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) snímá tahovou silou a následně se navíjí na cívku (71) navíjecího zařízení (7).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že načechraný pás (51) nanovláken se během přemísťování do snímací oblasti (401, 4101, 4201) na povrchu elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) zaobluje, čímž se docílí jeho zúžení.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tahová síla pro snímání načechraného pásu (51) nanovláken se vytváří navíjecím zařízením (7).
4. 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tahová síla pro snímání načechraného pásu (51) nanovláken se vytváří odtahovým zařízením uspořádaným mezi snímací oblastí a navíjecím zařízením.
5. 5. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že před navíjením, nebo před odtahem, se na načechraný pás (51) nanovláken působí zákrutový zařízením (6), které načechraný pás (51) nanovláken zužuje do zákrutového trojúhelníka (52) a následně mu uděluje zákrut, čímž se vytváří nanovlákenná příze (54).
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že zákrut se načechranému pásu (51) nanovláken uděluje mezi dvěma svěrnými místy, kterými jsou snímací oblast (401, 4101, 4201) elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) a místo navíjení nebo odtahu nanovlákenné příze na cívku (71), přičemž v navíjené nanovlákenné přízi se po opuštění zákrutového zařízení (6) zachovává zbytkové množství zákrutů udělených zákrutovým ústrojím (6) načechranému pásu (51) nanovláken.
7. 7. Způsob podle libovolného z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že zvlákňovací oblast (110, 120, 130) se vytvoří na obvodu diskové zvlákňovací elektrody (11), nebo v místě ohybu zvlákňovacího pásu (122) pásové zvlákňovací elektrody (12), kde je zvlákňovací oblast (110, 120, 130) uspořádána příčně ke směru pohybu zvlákňovacího pásu (122), nebo na lineárním flexibilním útvaru lineární zvlákňovací elektrody (13).
8. 8. Zařízení k výrobě nanovlákenné příze střídavým elektrickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru způsobem podle libovolného z nároků 1 až 7, u něhož je zvlákňovací elektroda (1, 11, 12, 13) alespoň částí svojí části ponořena do polymerního roztoku (21) nebo taveniny polymeru v zásobníku (2) a propojena se zdrojem střídavého (AC) elektrického napětí k vytváření elektrického pole o nadkritické intenzitě (E) pro vytváření nanovláken (5) ve zvlákňovací oblasti (110, 120, 130) zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13), přičemž vytvářená nanovlákna (5) jsou od zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13) unášena ve směru gradientu vytvářených elektrických polí, vyznačující se tím, že nad zvlákňovací elektrodou (1, 11, 12, 13) je v dráze nanovláken (5) uspořádán elektricky neutrální kolektor (4, 41, 42) spřažený s pohonem, přičemž oblast povrchu elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) proti zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13) tvoří sběrnou oblast (40, 410, 420) nanovláken, na kterou jsou nanovlákna ukládána ve formě načechraného pásu (51) nanovláken, který je pohybem elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42) přemísťován do snímací oblasti (401, 4101, 4201) načechraného pásu (51) nanovláken, za níž je ve směru snímání

   - 13 CZ 2022 - 370 A3 načechraného pásu (51) nanovláken (5) uspořádáno navíjecí zařízení (7) sloužící k vytváření tahové síly ke snímání načechraného pásu (51) nanovláken s povrchu elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42).
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že mezi snímací oblastí (401, 4101, 4201) a navíjecím zařízením (7) je uspořádáno odtahové zařízení sloužící k vytváření tahové síly ke snímání načechraného pásu (51) nanovláken s povrchu elektricky neutrálního kolektoru (4, 41, 42).
10. 10. Zařízení podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že ve směru snímání načechraného pásu (51) nanovláken je před navíjecím zařízením (7) nebo před odtahovým zařízením uspořádáno zákrutové zařízení (6).
11. 11. Zařízení podle libovolného z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena otočnou diskovou zvlákňovací elektrodou (11).
12. 12. Zařízení podle libovolného z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena pásovou zvlákňovací elektrodou (12).
13. 13. Zařízení podle libovolného z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že zvlákňovací elektroda je tvořena lineární zvlákňovací elektrodou (13).
14. 14. Zařízení podle libovolného z nároků 8 až 13, vyznačující se tím, že elektricky neutrální kolektor je tvořen bubnovým elektricky neutrálním kolektorem (41).
15. 15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že na bubnovém elektricky neutrálním kolektoru (41) je v oblasti proti zvlákňovací elektrodě (1, 11, 12, 13) vytvořena sběrná oblast (410) nanovláken (5) bubnového elektricky neutrálního kolektoru (41) a v oblasti povrchu bubnového kolektoru (41) odvrácené od zvlákňovací elektrody (1, 11, 12, 13) je vytvořena snímací oblast (4101) bubnového kolektoru pro snímání načechraného pásu (51) nanovláken.
16. 16. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že mezi sběrnou oblastí (410) a snímací oblastí (4101) bubnového elektricky neutrálního kolektoru (41) jsou načechranému pásu (51) nanovláken přiřazeny zaoblovací prostředky.
17. 17. Zařízení podle libovolného z nároků 8 až 13, vyznačující se tím, že elektricky neutrální kolektor je tvořen pásovým elektricky neutrálním kolektorem (42).
18. 18. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že pásový elektricky neutrální kolektor (42) obsahuje nekonečný transportní pás (421) obepínající dva horní válce (422) a dva dolní válce (423), z nichž alespoň jeden je hnací, přičemž dolní větev (4211) nekonečného transportního pásu (421) tvoří sběrnou oblast (420) nanovláken (5), která se na ní ukládají do načechraného pásu (51) nanovláken.
19. 19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že načechraný pás (51) nanovláken je pohybem nekonečného transportního pásu (421) přiváděn do horní větve (4212) nekonečného transportního pásu (421), jejíž konec ve směru pohybu nekonečného transportního pásu (421) tvoří snímací oblast (4201) pro snímání načechraného pásu (51) nanovláken z elektricky neutrálního pásového kolektoru (42).
20. 20. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že na horní větvi (4212) nekonečného transportního pásu (421) jsou načechranému pásu (51) nanovláken přiřazeny zaoblovací prostředky.
21. 21. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že ve směru pohybu nekonečného transportního pásu (421) je na konci jeho dolní větve (4211) vytvořena snímací oblast (4201) pro snímání načechraného pásu (51) nanovláken z elektricky neutrálního pásového kolektoru (42), která navazuje na sběrnou oblast (420) tvořenou dolní větví (4211) nekonečného transportního pásu (421), na níž jsou nanovlákna (5) ukládána ve formě načechraného pásu (51).